JPS5847959B2

JPS5847959B2 - 低水素系被覆ア−ク溶接棒

Info

Publication number: JPS5847959B2
Application number: JP16254078A
Authority: JP
Inventors: 栄成夏見; 威小塩; 基弘太田和; 尚谷垣
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1978-12-30
Filing date: 1978-12-30
Publication date: 1983-10-25
Also published as: JPS5592290A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はＣＯＤ値（ＣｒａｃｋＯｐｅｎｉｎｇＤ
ｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔクラツク開口変位量）の良好
な溶接金属を得ることのできる低水素系被覆アーク溶接
棒に関する。

近年、金属材料の脆性破壊にＣＯＤの概念が導入され、
寒冷地の海洋構造物あるいは低温タンク等の溶接に際し
て、溶接金属にはシャルピー等の衝撃靭性に加えてＣＯ
Ｄ値が要求されるようになってきた。

すなわち、これまで溶接金属の靭性評価には主としてシ
ャルピー等の衝撃試験が適用され、靭性の良好な溶接棒
として、炭酸カルシウムと弗化カルシウムを主成分とし
た低水素系被覆に必要に応じてＭｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ
等を添加したものが使用されている。

これら低合金溶接棒は溶接構造物に応じた靭性と強度が
得られるように設計されている。

しかるに、従来の低合金溶接棒、例えば１〜３％Ｎｉ系
溶接棒による溶接金属は−５０℃などの低温におけるシ
ャルピー等の衝撃靭性は良好であってもＣＯＤ値は満足
する値が得られなかった。

従って、シャルピー等の衝撃靭性はもちろんであるが、
それに加えてＣＯＤ値の良好な溶接金属が得られる溶接
棒の開発が要望されている。

ここでＣＯＤ値とは与えられた歪量のもとである大きさ
の欠陥の先端での脆性破壊発生に対する抵抗を表わす数
値であり、この数値が大きいほど脆性破壊発生に対する
抵抗が太きいということである。

ＣＯＤ値を求めるには、第１図のようなＣＯＤ試験片（
ＣＯＤ値を求めたい金属部分の切り火きを入れたものあ
るいはさらにその切り欠きの先端が疲労ノツチになって
いるもの）を作成し、その試験方法を第２図の模式図に
示すように曲げの押し治具３により曲げの支え治具２に
支持されたＣＯＤ試験片１に静荷重を加え、これらを収
容した低温試験槽４の中で３点曲げを行って切り欠き表
面での開口変位量はクリップゲージ５により測定してＸ
Ｙレコーダー６に記録するとともにこの測定値を切り欠
き先端での開口変位量、すなわちＣＯＤ値に換算して求
めるものである。

またＣＯＤ試験片の形状は、第１図に示すように材料の
厚さをＢ１材料の巾をＷとしたとき、Ｗ＝２Ｂとなるよ
うにし、ａはクランク長さでａ＝０．５Ｗ＝Ｂの関係に
あり、さらに試験片の半長ｌは２Ｗ＋５關以上とするも
のである。

本発明の目的は前記要求を満たす、すなわちシャルピー
等の衝撃靭性およびＣＯＤ値の良好な溶接金属を得るこ
とができる溶接棒を提供するにある。

すなわち本発明は、Ｍｎを１．６〜２．４％、Ｂを０．
００４〜０．０２％必須として含み、さらにＮを０．０
０６％以下にした低合金鋼ノー腺の周囲に、Ｔｉを０．
５〜８％、ＡＬＭｇ，Ｚｒ１Ｃａの１種以上の合計
を０．２〜８％、Ｓｉを１〜８％、ＣａＣＯ３、ＭｇＣ
Ｏ３、ＢａＣＯ３の１種以上の合計を７〜５８％、Ｃａ
Ｆ２、ＭｇＦ２、ＡｌＦ３、Ｎａ３Ａ１Ｆ６０１種以上
の合計を１〜３０％、残部はスラグ生成剤、アーク安定
剤、粘結剤からなる被覆剤を被覆してなる低水素系被覆
アーク溶接棒である。

以下に本発明の詳細な説明を行なう。

本発明者らは、被覆アーク溶接棒による溶接金属のＣＯ
Ｄ値を改良するために心線組或と被覆組成について種々
検討した結果、心線中にＭｎとＢを、被覆剤にＴｉ、さ
らにＡ１、Ｍｇ，Ｚｒ，Ｃａの１種以上を適量添加する
ことによって、溶接金属中にＴｉ，Ｂおよびこれら
が窒素を固定した形で一様に分散固溶され、細粒の均一
組成となって、その溶接金属のＣＯＤ値が著しく高めら
れることを見出した。

すなわち、本発明者らは、低水素系被覆であるＣａＣＯ
３４９％、ＣａＦ２２０％、Ｔｉ４１％のＦｅ −Ｔｉ
を５％、Ｓｉ４２％のＦｅＳｉを１０％、Ａｌ６
０％、Ｍｇ４０％のＡＩ −Ｍｇを５％、鉄粉を３％、
水ガラスの固質分８％からなる被覆剤をＭｎが１．２〜
２．８％、Ｂが０．００１〜０．０２４％、Ｓｉが０．
０５％以下、Ｃが０．０５〜０．０７％、Ｎが０．００
４％以下である径４關、長さ４００ｍｍの２５種類の低
合金鋼心線に通常用いられている溶接棒塗装機によって
被覆率が３０％になるように塗装し、４００℃で暁成し
て試験溶接棒を作成した。

そして、板厚２０ｍｍのアルミキルド鋼板に開先角度６
００のＹ開先をとり、前記試験溶接棒を用いて立向姿勢
で１５ＯＡ、溶接人熱４０ｋＪ／ｃｆｒＬで溶接を行な
い、しかるのち溶接金属の中心部に疲労ノッチを入れた
第１図の形状のＣＯＤ試験片（Ｂ＝２０Ｍｎ，
Ｗ一４０ｗｒｒＬ，１＝１１０ｍｍ）を
採取し、これを第２図の要領で−５０℃におけるＣＯＤ
試験に供した。

これらの試験結果として、試験溶接棒の心線中のＭｎお
よびＢ量とＣＯＤ値との関係を第３図に示す。

第３図によると、低合金鋼心線中にＭｎが１６〜２．４
％、Ｂが０．００４〜０．０２％の範囲において、−５
０℃におけるＣＯＤ値は０．２５ｍｍ以上得られ、従来
のＳｉ−Ｍｎ系あるいは１〜３％Ｎｉ系低合金溶接棒
による−５０℃におけるＣＯＤ値０．０１〜０．
１ｍｍに比較して、ＣＯＤ値を大巾に改善できるこ
とが明らかになった。

次にＭｎが１．６〜１．９％、Ｂが０．０１５〜
０．０２％の範囲にあり、Ｎが０．００２４、０．００
３５、０．００５４、０．００７２、０．０１０６％
それぞれ変化した低合金鋼心線５種類に、またＭｎが２
．１〜２．４％、Ｂが０．００４〜０．０
０８％の範囲にあり、Ｎが０．００３３、０．００５
２、０．００７４、０．０１１％にそれぞれ変化した低
合金鋼心線４種類（以上いずれも心線径４．０ｍｍ
、長さ４００ｍｍ）にＣａＣＯ３４９％、ＣａＦ２２０
％、Ｔｉ４１％のＦｅ −Ｔｉを５％、Ｓｉ４２％
のＦｅ−Ｓｉを１０％、ＡＩ６０％、Ｍｇ４０％の
ＡＩ−Ｍｇを５％、鉄粉を３％、水ガラスの固質分８％
からなる被覆剤を被覆率が３０％になるようにして塗装
し、４００ ’Ｃで焼成して試験溶接棒を作成し、
前述と同様にＣＯＤ試験を実施したところ第４図に示す
ように低合金鋼心線中のＮが約０．００６％以下におい
て、−５０℃におけるＣＯＤ値は０．２５間以上得られ
、Ｎ量は０．００６％以下にする必要があることを見出
した。

次に被覆剤中のＴｉは脱酸のほか大気中から溶接金属中
に侵入した窒素をＴｉＮとして固定し、あわせて溶接
金属中のＢとの関係でＣＯＤ値を向上させろために添加
するものである。

ＡＩ，Ｍｇ，Ｚｒ，ＣａはいずれもＴｉより脱酸力が
強いためＴｉが主として脱酸作用によって消費するのを
防止し、ＴｉがＮを有効に固定するのを助けると共に強
力な脱酸作用により溶接金属中の酸素量を著しく低下せ
しめ、ＣＯＤ値を向上させるものである。

第５図はＭｎが２．０５％、Ｂが０．０１１％、Ｎが０
．００４８％、Ｃが０．０６％、Ｓｉが０．１１％の心
線径４．０ｍｍ、長さ４００１ｎｒＩＬの低合金鋼心線
にＣａＣＯ３４９％、ＣａＦ２２０％、水ガラスの固質
分８％にしてＴｉを０〜１０％、ＡＩ，Ｍｇ，Ｚｒ，Ｃ
ａの１種以上の合計を０〜１０％の範囲にそれ？れ変化
させ（ただし被覆剤の合計が１００％になるように残部
を鉄粉で調整した。

）試験溶接棒を作成し、前述と同様にＣＯＤ試験を実施
した結果を示したものである。

これから明らかなように−５０℃で０．２５ｍｍ以上の
ＣＯＤ値が得られるためにはＴｉの適量は０．５〜８％
であり、ＡＬＭｇ、Ｚｒ，Ｃａの１種以上の合計が０
．２％以上必要である。

しかし、ＡＬＭｇ，Ｚｒ，Ｃａの１種以上の合計が８
％を超えて添加すると溶融スラグの流動性が悪くなって
ビード形状が悪化したり、アークが不安定となりスパツ
タが増加し、またスラグのはくり性も悪くなるので０．
２〜８％の範囲とする。

Ｓｉは脱酸剤として添加するがＳｉが１％未満では脱酸
不足となって溶接金属にフ一ホールが生じやすくなり、
８％を超えて添加すると溶接金属中のＳｉが過剰となり
衝撃靭性が悪く高ＣＯＤ値が得られなくなる。

なお前記のＴｉｓＡ１，ＭｇｓＺｒ，Ｃａ
やＳｉはそれら単独もしくはＦｅ−Ｔｉ，Ｆｅ−ＡＩ、
Ｆｅ−Ｓｉなどの鉄合金やＳｉ−ＡＩ、ＡＩ −Ｍｇ，
Ｓｉ −Ｍｎ，Ｚｒ−Ｓｉ，Ｃａ−Ｓｉなどの
合金で添加することもできる。

ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＢａＣＯ３は溶接のアークで
分解してＣＯ２を発生し、アーク雰囲気を大気から保
護する効果を与えるものであるが、これら１種以上の合
計が７％未満ではシールド不良が生し、５８％を超えて
添加するとスラグの融点が高くなり、ビード形状が悪化
するので７〜５８％とする必要がある。

ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＡＩＦ３、Ｎａ３ＡＩＦａの１種
以上の合計が１％未満では溶融スラグの流動性が悪くな
り、３０％を超えて添加するとアークが不安定となるの
でこれらの１種以上の合計は１〜３０％でなげればなら
ない。

上記成分のほかには通常の被覆剤におけると同様にＳｉ
Ｏ２、Ａ■２０３、ＭｇＯなどのスラグ生成剤、Ｎａ
２０，Ｋ２０１ＮａＡＩＳｉ３０ｇ、鉄粉な
どのアーク安定剤、水ガラスなどの粘結剤を必要に応じ
て適量添加してＭｎを１．６〜２．４％、Ｂを０．０
０４〜０．０２％必須として含み、さらにＮを０．０
０６％以下にした低合金鋼心線に通常の溶接棒塗装機に
より被覆率が２０〜４０％になるように被覆し焼成され
る。

以上説明したように、本発明溶接棒で溶接した溶接金属
は良好な衝撃靭性とＣＯＤ値をそなえているが、溶接金
属の強度向上のために、被覆中にさらに適量のＮｉ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ等を添加することもできる。

次に本発明の効果を実施例にてさらに具体的に述べる。

実施例第１表に本発明溶接棒および比較のために用いた溶接棒
の心線の化学成分を、第２表に本発明溶接棒と比較溶接
棒の被覆剤成分およびこれら溶接棒で溶接して得られる
溶接金属の化学成分および衝撃特性とＣＯＤ特性を記載
したものである。

第２表において篇１〜蔦８が本発明溶接棒、蔦９〜蔦１
８が比較溶接棒である。

試験鋼板は引張強さが５０ｋｇ／ｉｎクラスのキルド鋼
で板厚２５ｍｍのＸ開先をとったものを用いた。

溶接は立向姿勢で、溶接電流１５０Ａ、溶接人熱３０ｋ
Ｊ／ｃｆｒＬで行ない、３本の２ｍｍＶノツチシャルピ
ー衝撃試験片と３本のＣＯＤ試験片（第１図においてＢ
＝２５ｍｍ，Ｗ＝５０ｍｍ１１＝１１０山）
を採取した。

これら衝撃試験片とＣＯＤ試験片はともに−５０゜Ｃで
試験を行い、これらの評価法として衝撃特性については
２ｍｍＶノツチシャルピーの吸収エネルギーの平均が−
５．０℃で１５ｋｇ−ｍ以上のとき、ＣＯＤ特性につい
てはＣＯＤ値の最低値が−５０℃で０．２５ｍｍ
以上のときを良好とした。

本発明溶接棒蔦１〜漸８は溶接金属のシャルピー吸収エ
ネルギーが１５．２ｋｇ−ｍ以上、ＣＯＤ値は０．
４３ｍｍ以上で良好である。

比較溶接棒蔦９〜ＡＩ２は適正量のＭｎ，Ｂ、Ｎを含む
低合金鋼心線を使用しているが、搗９は被覆剤中のＴｉ
が、ＡＩＯは被覆剤中のＡＬＭｇ，Ｚｒ，Ｃａの合計
量が不足しているため、また蔦１１は被覆剤中のＴｉ量
が過剰でＳｉ量が不足しているため、さらに憲１２はＳ
ｉ量が過剰なため溶接金属の−５０℃におけるシャルピ
ー吸収エネルギーおよびＣＯＤ値がともに低い。

蔦１３〜蔦１６はいずれも被覆剤成分が適当であるが＆
１３、篇１４は使用心線のＭｎが低く、Ｎが過剰である
ため、Ａ１５、Ａ１６は同じく心線のＢが不
足しているため、いずれも溶接金属の−５０’Ｃにおけ
る吸収エネルギーとＣＯＤ値が低かった。

蔦１７とＡ１８は心線のＭｎが０．４７％で低くかつ、
Ｂを実質上含まず、かつ蔦１７は被覆剤中のＣａＣＯ３
とＢａＣＯ３の合計量やＣａＦ２とＡＩＦ３の合計量が
不適当であるためいずれも溶接金属の−５０℃における
吸収エネルギー、ＣＯＤ値が低く、溶接作業性も不良で
あった。

＊＊以上説明したように、本発
明溶接棒を用いて溶接すれば、低温での衝撃靭性、ＣＯ
Ｄ値とも良好な溶接金属が得られ、低温タンクあるいは
その他の構造物の安全性に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣＯＤ試験片の形状を示す図、第２図はＣＯＤ
試験の要領を示す模式図、第３図は低合金鋼心線中のＭ
ｎおよびＢ量と−５０℃におけるＣＯＤ値との関係を示
す図、第４図は低合金鋼心線中のＮ量と−５０℃におけ
るＣＯＤ値との関係を示す図、第５図は被覆剤中のＴｉ
量と−５０℃におけるＣＯＤ値との関係を示す図である
。１・・・・・・ＣＯＤ試験片、２・・・・・・曲げの支
え治具、３・・・・・・曲げ押し治具、４・・・・・・
低温試験槽、５・・・・・・クリップゲージ、６・・・
・・・ＸＹレコーダー。

Claims

【特許請求の範囲】

ＩＭｎを１．６〜２．４％、Ｂを０．００４〜
０．０２％必須として含み、さらにＮを０．００６％以
下にした低合金鋼心線の周囲に、Ｔｉを０．５〜８％、
Ａ３Ｍｇ１Ｚｒ１Ｃａの１種以上の合計を０．２〜８
％、Ｓｉを１〜８％、ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＢａＣ
Ｏ３の１種以上の合計を７〜５８％、ＣａＦ２、ＭｇＦ
２、ＡＩＦ３、Ｎａ３ＡＩＦ６の１種以上の合計を１〜
３０％、残部はスラグ生成剤、アーク安定剤、粘結剤か
らなる被覆剤を被覆してなる低水素系被覆アーク溶接棒
。